(PhysOrg.com) -- Molti processi fisici e chimici necessari per la biologia e la chimica si verificano all'interfaccia tra acqua e superfici solide. I ricercatori del Los Alamos National Laboratory che pubblicano su Nature Nanotechnology hanno ora dimostrato che i nanotubi di carbonio semiconduttori, cilindri che emettono luce di carbonio puro, hanno il potenziale per rilevare e tracciare singole molecole nell'acqua.

Utilizzando l'imaging microscopico ad alta velocità, hanno scoperto che i nanotubi possono sia rilevare che tracciare il movimento delle singole molecole mentre bombardano la superficie all'interfaccia con l'acqua. Le tecniche tradizionali per studiare le molecole sulle superfici non possono essere utilizzate nell'acqua perché lo studio richiede atmosfere a bassa pressione come quelle che si trovano nello spazio. Il team è fiducioso che il loro lavoro porterà a risultati pratici, a base di nanotubi, rivelatori di singole molecole in ambienti biologici e chimici acquosi.

Il movimento molecolare e l'adesione alle superfici sono importanti per guidare la chimica che va dalla produzione di ammoniaca sul metallo all'ossidazione enzimatica del glucosio. L'attaccamento avviene per moto sporadico seguito da un urto con la superficie alla quale la molecola aderisce. Le molecole possono quindi spostarsi lungo la superficie dove possono scontrarsi con altre molecole e subire reazioni chimiche.

Nei tradizionali esperimenti di "scienza della superficie" questi processi sono rappresentati nel vuoto in cui altre specie molecolari dall'aria non possono offuscare l'immagine. In soluzioni come l'acqua, non c'è stato modo di farlo direttamente. Di conseguenza, i ricercatori hanno cercato un materiale che possa essere utilizzato nell'acqua per rilevare singole molecole per applicazioni di scienze delle superfici.

Ispirato da questa sfida, un team di scienziati di Los Alamos (Jared Crochet, Juan Duque, Jim Werner, e Steve Doorn) presso il Centro per le nanotecnologie integrate della LANL, hanno esplorato l'uso di nanotubi di carbonio che emettono luce come rivelatori. Con tecniche sviluppate da altri, il team ha usato acqua e sapone per stabilizzare i nanotubi dove potevano essere ripresi direttamente con una videocamera ad alta velocità. Quando illuminati con luce laser, questi tubi brillano intensamente, come lunghi bastoncini luminosi.

Quando i nanotubi luminosi sono esposti nell'acqua a diverse sostanze chimiche, i ricercatori hanno visto che alcuni punti del tubo si sarebbero oscurati brevemente mentre le molecole bombardavano la superficie. Ciò ha permesso loro di determinare l'efficacia con cui determinate molecole si sarebbero attaccate alla superficie. I ricercatori sono stati anche in grado di tracciare il movimento delle molecole mentre si muovevano lungo la superficie. Il team sta ora esaminando come procedono le reazioni chimiche sulle superfici dei nanotubi per comprendere meglio la chimica all'interfaccia con l'acqua per applicazioni biologiche e chimiche.